DE102004042727A1

DE102004042727A1 - Sensorsystem, insbesondere für Haushaltsgeräte

Info

Publication number: DE102004042727A1
Application number: DE102004042727A
Authority: DE
Inventors: Florian Kampf
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem (1) mit einem Sensor (2) zur Erfassung eines Meßsignals, mit einem Auswertungsmittel (3) zur Bereitstellung eines zum Meßsignal korrespondierenden Meßwertes und mit einem Steuerungsmittel (4) für den Betrieb des Sensors (2) und/oder des Auswertungsmittels (3). Das Steuerungsmittel (4) löst die Erfassung des Meßsignals mittels eines Impulses (5) aus und veranlaßt die Übertragung (13) des Meßsignals von dem Sensor (2) auf das Auuswertungsmittel (3). Da der Sensor (2) und/oder das Auswertungsmittel (3) jeweils eine gewisse Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft benötigen, übermittelt das Steuerungsmittel (4) den Impuls (5) mit einem wenigstens die Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft des Sensors (2) und/oder des Auswertungsmittels (3) umfassenden zeitlich vorlaufenden Versatz.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Sensorsysteme finden als elektrooptische Trübungsmesser in Haushaltsgeräten Verwendung.

Ein solches Sensorsystem besitzt einen Sensor zur Erfassung eines Meßsignals sowie ein Auswertungsmittel zur Bereitstellung eines zum Meßsignal korrespondierenden Meßwertes. Ein Steuerungsmittel dient für den Betrieb der Sensors und/oder des Auswertungsmittels, indem das Steuerungsmittel die Erfassung des Meßsignales mittels eines Impulses auslöst. Desweiteren wird vom Steuerungsmittel die Übertragung des Meßsignales von dem Sensor auf das Auswertungsmittel veranlaßt. Als nachteilig hat sich herausgestellt, daß der Sensor und/oder das Auswertungsmittel jeweils eine gewisse Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft benötigen, so daß fehlerhafte Messungen bei diesem Sensorsystem vorkommen können.

Aufgrund mangelnder Zuverlässigkeit wird bisher ein derartiges Sensorsystem als Trübungssensor bei Waschmaschinen nur für den Spülvorgang eingesetzt, bei dem die detektierten Trübungen relativ gering sind. Das Bestreben auch den Waschvorgang selbst mit dem Trübungssignal der Waschlauge zu steuern, scheitert an den zu geringen Strahlleistungen der Lichtemitter. Ein Ausweg zur Behebung dieses Mangels besteht darin, den Emitterstrom in kurzen Impulsen anstelle mit Hilfe des sonst verwendeten Gleichstroms zu steuern. Bei gleicher thermischer Belastung des Lichtemitters kann so mehr als die zehnfache Strahlleistung erzeugt werden, womit prinzipiell auch die hohen Trübungen von Waschlaugen untersucht werden können. Allerdings verschärft sich dann das genannte Problem der Fehlmessungen noch weiter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Sensorsystem derart weiter zu bilden, daß dessen Zuverlässigkeit gesteigert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Sensorsystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Sensorsystem übermittelt das Steuerungsmittel den Impuls mit einer wenigstens die Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft des Sensors und/oder des Auswertungsmittels umfassenden zeitlich vorlaufenden Versatz. Dadurch ist gewährleistet, daß die Bestandteile des Sensorsystems bei Ermittlung des Meßwertes vollständig betriebsbereit sind, womit fehlerhafte Messungen wirksam verhindert sind. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung besitzt der Sensor einen impulsbetriebenen Lichtemitter, bei dem es sich insbesondere um eine Leuchtdiode handeln kann. Zweckmäßigerweise ist der Lichtemitter von einem im Sensor angeordneten Leistungstreiber betrieben. Desweiteren weist der Sensor einen Fotoempfänger auf. Zwischen dem Lichtemitter und dem Fotoempfänger ist eine Meßstrecke angeordnet, innerhalb der sich bei einem Trübungssensor beispielsweise das zu untersuchende Fluid befindet.

In einer kostengünstigen Weiterbildung umfaßt das Auswertungsmittel eine Analog-Digital-Wandlerstufe. Die Analog-Digital-Wandlerstufe kann räumlich vom Sensor getrennt angeordnet sein, beispielsweise aus Zweckmäßigkeitsgründen in der Steuerung für das Hausgerät. Mittels der Analog-Digital-Wandlerstufe wird das das analoge Meßsignal bildende, vom Fotoempfänger erzeugte Empfängersignal zum digitalen Meßwert gesampelt. Der digitale Meßwert läßt sich dann beispielsweise in einem Mikroprozessor, einer Steuerung o. dgl. im Hausgerät in einfacher Weise für dessen Betrieb verwenden.

Zur Vereinfachung des Sensorsystems bietet es sich an, daß das Steuerungsmittel in der Art einer digitalen Gerätesteuerung im Auswertungsmittel angeordnet ist. Desweiteren läßt sich dann zweckmäßigerweise das zum digitalen Meßwert gesampelte Empfängersignal in das Steuerungsmittel zur weiteren Auswertung einlesen.

Der Betrieb des Sensorsystems in funktionssicherer Art und Weise läßt sich wie folgt gestalten. Von der in der Analog-Digital-Wandlerstufe befindlichen Gerätesteuerung wird ein den Emitterimpuls auslösendes Signal in der Art eines Auslöseimpulses zum räumlich getrennten Lichtemitter übermittelt. Der Auslöseimpuls wird zeitlich versetzt vor dem Einlesevorgang der Analog-Digital-Wandlerstufe übermittelt. Die Voreilzeit des Auslöseimpulses ist derart bemessen, daß Verzögerungen durch die Wandlung des Auslöseimpulses zum Emitterimpuls, die Anstiegszeit des Lichtemitters und/oder die Anstiegszeit des Fotoempfängers und/oder die Verzögerung zwischen dem Sampelimpuls für die Analog-Digital-Wandlerstufe sowie dem Einlesen des analogen Empfängerimpulses ausgeglichen werden. Aufgrund dieses Timings zwischen Emitterimpuls und zeitlich gesteuertem Einlesen des Empfängersignals ist sichergestellt, daß der Lichtempfänger jeweils erst nach Erreichen der maximalen Leuchtkraft des Emitters ausgelesen wird, so daß fehlerhafte Messungen mit Sicherheit verhindert sind.

Besonders bevorzugt ist, wenn es sich beim erfindungsgemäßen Sensorsystem um einen elektrooptischen Trübungssensor in einer Waschmaschine, einem Geschirrspüler o. dgl. handelt. Vor allem beim Einsatz des Sensorsystems als ein solcher elektrooptischer Trübungssensor mit einem impulsbetriebenen Lichtemitter und der Verarbeitung des Empfängersignals in einer Analog-Digital-Wandlerstufe bzw. einem A/D-Converter darf der Lichtempfänger jeweils erst nach Erreichen der maximalen Leuchtkraft des Emitters ausgelesen werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird das Timing zwischen Emitterimpuls und zeitlich gesteuertem Einlesen des Empfängersignals dadurch erreicht, daß vom A/D-Converter ein Signal zum räumlich getrennten Trübungssensor übermittelt wird, wobei dieses Signal im Sensor den Emitterimpuls auslöst. Dieser Impuls wird zeitlich versetzt vor dem Einlesevorgang des A/D-Converters übermittelt. Die Voreilzeit des Auslöseimpulses ist so bemessen, daß Verzögerungen durch die Wandlung des Auslöseimpulses zum Emitterimpuls, die Anstiegszeit des Emitters, die Anstiegszeit des Empfängers sowie die Verzögerung zwischen Sampelimpuls des A/D-Wandlers und dem Einlesen des analogen Empfängerimpulses mitsamt der Einlesedauer ausgeglichen werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß fehlerhafte Messungen vermieden werden und somit die Betriebssicherheit des Sensorsystems gesteigert ist. Darüberhinaus handelt es sich um eine kostengünstige Lösung, die vorteilhafterweise im kostensensitiven Bereich der Hausgeräte einsetzbar ist.

Die vorgeschlagene Lösung erfordert für einen Trübungssensor nur wenig zusätzlichen Aufwand. Neben dem für den Impulsbetrieb nötigen Treibertransistor zur Erzeugung der höheren Impulsleistung braucht man eine zusätzliche Leitung von der Steuerung zum Trübungssensor. Die Impulsdauer und die zeitliche Lage des Impulsbeginns gegenüber dem A/D-Einleseimpuls erfordern dagegen lediglich eine Softwareerweiterung und einen Digitalausgang der Steuerung. Im allgemeinen sind ohnehin mehr solcher Digitalausgänge vorhanden, als von der Steuerung genutzt werden, so daß hier keine zusätzlichen Kosten entstehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag erübrigt sich vorteilhafterweise der Einsatz ungleich teurerer Laserstrahler im Trübungssensor, was zwar alternativ möglich wäre, jedoch wegen zu hoher Kosten bei Hausgeräten nicht akzeptabel ist. Mit lediglich geringen Mehrkosten und den Eigenschaften solcher Trübungssensoren erschließen sich den Hausgeräteherstellern völlig neue, innovative Möglichkeiten der Prozeßoptimierung. Neben besseren Waschergebnissen können die Waschkosten und die Umweltbelastung verringert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 ein Blockschaltbild für das Sensorsystem und
2 ein Impulsdiagramm zum Betrieb des Sensorsystems.
In 1 ist ein Sensorsystem 1, das als elektrooptischer Trübungssensor für eine Waschmaschine, einen Geschirrspüler o. dgl. verwendbar ist, in der Form eines Blockdiagramms zu sehen. Das Sensorsystem 1 umfaßt einen Sensor 2 zur Erfassung eines Meßsignals, ein Auswertungsmittel 3 zur Bereitstellung eines zum Meßsignal korrespondierenden Meßwertes und ein Steuerungsmittel 4 für den Betrieb des Sensors 2 und/oder des Auswertungsmittels 3. Das Steuerungsmittel 4 löst die Erfassung des Meßsignales mittels eines Impulses 5 aus und veranlaßt dabei mittels eines Einleseimpulses 6 die Übertragung 13 des Meßsignales von dem Sensor 2 auf das Auswertungsmittel 3. Bauartbedingt benötigen der Sensor 2 und/oder das Auswertungsmittel 3 jeweils eine gewisse Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft. Um fehlerhafte Messungen aufgrund mangelnder Betriebsbereitschaft zu verhindern, übermittelt das Steuerungsmittel 4 den Impuls 5 mit einer wenigstens die Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft des Sensors 2 und/oder des Auswertungsmittels 3 umfassenden zeitlich vorlaufenden Versatz. Hierzu ist ein Impulsauslöser/-former 7 zwischen dem Steuerungsmittel 4 und dem Sensor 2 angeordnet, der den entsprechenden Vorlauf des Impulses 5 und/oder die Verzögerung des Einleseimpulses 6 bewirkt.
Der Sensor 2 besitzt einen impulsbetriebenen Lichtemitter 8, der beispielsweise aus einer Leuchtdiode (LED) bestehen kann. Der Lichtemitter 8 ist von einem Leistungstreiber 9 betrieben. Der Sensor 2 weist einen Fotoempfänger 10, der beispielsweise aus einer Fotodiode besteht, auf. Zwischen dem Lichtemitter 8 und dem Fotoempfänger 10 ist eine Meßstrecke 11 angeordnet, in der sich die zu untersuchende Waschlauge bzw. eine Probe hiervon befindet.
Das Auswertungsmittel 3 umfaßt eine Analog-Digital-Wandlerstufe (A/D-Stufe) 12, die räumlich vom Sensor 2 getrennt angeordnet ist. Mittels der Analog-Digital-Wandlerstufe 12 wird das vom Fotoempfänger 10 erzeugte Empfängersignal, bei dem es sich um das analoge Meßsignal handelt, zum digitalen Meßwert gesampelt. Zweckmäßigerweise ist das Steuerungsmittel 4 in der Art einer digitalen Gerätesteuerung im Auswertungsmittel 3 angeordnet. Das zum digitalen Meßwert gesampelte Empfängersignal kann dann in das Steuerungsmittel 4 zur weiteren Auswertung eingelesen werden, insbesondere ist der digitale Meßwert dann in einem Mikroprozessor zur entsprechenden Steuerung des Hausgerätes weiterverarbeitbar. Beispielsweise kann in Abhängigkeit der Trübung weiteres Waschmittel zur Waschlauge in der Waschmaschine, im Geschirrspüler o. dgl. zugeführt werden.
Wie im Impulsdiagramm anhand von 2 zu sehen ist, wird von der in dem Auswertemittel 3 bzw. in der Analog-Digital-Wandlerstufe 12 befindlichen Gerätesteuerung 4 ein den Emitterimpuls auslösendes Signal in der Art eines Auslöseimpulses 5 zum räumlich getrennten Lichtemitter 8 übermittelt. Der Auslöseimpuls 5 wird zeitlich versetzt vor dem mittels des Einlesebefehls 6 ausgelösten Einlesevorgangs 13 der Analog-Digital-Wandlerstufe 12 übermittelt. Die Voreilzeit des Auslöseimpulses 5 ist derart bemessen, daß die Verzögerung 14 im Leistungstreiber 9 durch die Wandlung des Auslöseimpulses zum Emitterimpuls, die Anstiegszeit 15 des Lichtemitters 8 sowie die Anstiegszeit 16 des Fotoempfängers 10 ausgeglichen sind. Desweiteren wird die Verzögerung 18 in der Analog-Digital-Wandlerstufe 12 zwischen dem Sampelimpuls 5 für die Analog-Digital-Wandlerstufe 12 sowie dem Einlesen 13 des analogen Empfängerimpulses mitsamt der Einlesedauer 19 ausgeglichen. Schließlich kann noch ein Sicherheitsabstand 17 bis zur nächsten Messung mittels des Sensors 2 in der gesamten Länge des Einleseimpulses 6 vorgesehen sein. Dadurch wird berücksichtigt, daß bei dem elektrooptischem Trübungssensor mit impulsbetriebenen Lichtemitter 8 und der Verarbeitung des Empfängersignals in einem A/D-Converter 12 der Lichtempfänger 10 jeweils erst nach Erreichen der maximalen Leuchtkraft des Lichtemitters 8 ausgelesen werden darf. Das Timing zwischen dem Auslöseimpuls 5 und dem zeitlich gesteuertem Einlesen 13 des Empfängersignals wird durch den Impulsauslöser/-former 7 bewirkt.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein solches Sensorsystem nicht nur als Trübungssensor für die Waschsteuerung von Wasch- und/oder Geschirrspülmaschinen eingesetzt werden. Vielmehr kann die Erfindung auch bei sonstigen Sensoren, die mit einem Impuls zum Erfassen eines Meßwertes veranlasst werden und deren Meßwert mit einem A/D-Konverter eingelesen und/oder ausgewertet wird, Verwendung finden.

1: Sensorsystem
2: Sensor
3: Auswertungsmittel
4: Steuerungsmittel/Gerätesteuerung
5: Impuls/Auslöseimpuls
6: Einleseimpuls/Einlesebefehl/Sampelimpuls
7: Impulsauslöser/-former
8: Lichtemitter
9: Leistungstreiber
10: Fotoempfänger/Lichtempfänger
11: Meßstrecke
12: Analog-Digital-Wandlerstufe/A/D-Converter
13: Übertragung/Einlesevorgang/Einlesen
14: Verzögerung (im Leistungstreiber)
15: Anstiegszeit (von Lichtemitter)
16: Anstiegszeit (von Fotoempfänger)
17: Sicherheitsabstand
18: Verzögerung (in der Analog-Digital-Wandlerstufe)
19: Einlesedauer

Claims

Sensorsystem mit einem Sensor (2) zur Erfassung eines Meßsignals, mit einem Auswertungsmittel (3) zur Bereitstellung eines zum Meßsignal korrespondierenden Meßwertes, und mit einem Steuerungsmittel (4) für den Betrieb des Sensors (2) und/oder des Auswertungsmittels (3), wobei das Steuerungsmittel (4) die Erfassung des Meßsignales mittels eines Impulses (5) auslöst, wobei das Steuerungsmittel (4) die Übertragung (13) des Meßsignales von dem Sensor (2) auf das Auswertungsmittel (3) veranlaßt, und wobei der Sensor (2) und/oder das Auswertungsmittel (3) jeweils eine gewisse Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft benötigen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (4) den Impuls (5) mit einem wenigstens die Zeitspanne bis zur Betriebsbereitschaft des Sensors (2) und/oder des Auswertungsmittels (3) umfassenden zeitlich vorlaufenden Versatz übermittelt.
Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) einen gegebenenfalls impulsbetriebenen Lichtemitter (8), insbesondere eine Leuchtdiode, besitzt, daß vorzugsweise der Lichtemitter (8) von einem Leistungstreiber (9) betrieben ist, daß weiter vorzugsweise der Sensor (2) einen Fotoempfänger (10) aufweist, und daß noch weiter vorzugsweise zwischen dem Lichtemitter (8) und dem Fotoempfänger (10) eine Meßstrecke (11) angeordnet ist.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungsmittel (3) eine, insbesondere räumlich vom Sensor (2) getrennte Analog-Digital-Wandlerstufe (12) umfaßt, und daß vorzugsweise das das analoge Meßsignal bildende, vom Fotoempfänger (10) erzeugte Empfängersignal mittels der Analog-Digital-Wandlerstufe (12) zum digitalen Meßwert gesampelt wird.
Sensorsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (4), insbesondere in der An einer digitalen Gerätesteuerung, im Auswertungsmittel (3) angeordnet ist, und daß vorzugsweise das zum digitalen Meßwert gesampelte Empfängersignal in das Steuerungsmittel (4) zur weiteren Auswertung eingelesen wird.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der in der Analog-Digital-Wandlerstufe (12) befindlichen Gerätesteuerung (4) ein den Emitterimpuls auslösendes Signal in der Art eines Auslöseimpulses (5) zum räumlich getrennten Lichtemitter (8) übermittelt wird, daß vorzugsweise der Auslöseimpuls (5) zeitlich versetzt vor dem Einlesevorgang (13) der Analog-Digital-Wandlerstufe (12) übermittelt wird, und daß weiter vorzugsweise die Voreilzeit des Auslöseimpulses (5) derart bemessen ist, daß Verzögerungen (14) durch die Wandlung des Auslöseimpulses (5) zum Emitterimpuls, die Anstiegszeit (15) des Lichtemitters (8) und/oder die Anstiegszeit (16) des Fortoempfängers (10) und/oder die Verzögerung (18) zwischen dem Sampelimpuls (6) für die Analog-Digital-Wandlerstufe (12) sowie dem Einlesen (13) des analogen Empfängerimpulses, gegebenenfalls mitsamt der Einlesedauer (19), ausgeglichen werden.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sensor (2) um einen elektrooptischen Trübungssensor, insbesondere für eine Waschmaschine, einen Geschirrspüler o. dgl., handelt.